臧 勇

(宿遷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,江蘇 宿遷 223800)

CENTUMVP系統(tǒng)在螯合樹脂塔控制中的應(yīng)用

臧 勇

(宿遷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,江蘇 宿遷 223800)

針對(duì)目前離子膜制堿工藝對(duì)二次鹽水質(zhì)量的嚴(yán)苛要求，以CENTUM VP系統(tǒng)為核心，設(shè)計(jì)了螯合樹脂塔DCS。給出了DCS的硬件結(jié)構(gòu)、硬件組態(tài)及控制編程等。系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：該螯合樹脂塔DCS對(duì)螯合樹脂塔二次鹽水質(zhì)量控制持續(xù)、準(zhǔn)確，完全滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

CENTUM VP系統(tǒng) 螯合樹脂塔 DCS 二次鹽水質(zhì)量 組態(tài)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System,DCS)功能逐漸強(qiáng)大，化工生產(chǎn)過程的自控水平和安全性得到了提高，人工操作得以簡(jiǎn)化。由于DCS具有分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活和組態(tài)方便的特點(diǎn)，在離子膜制堿工藝中得到了廣泛應(yīng)用。

離子膜制堿工藝在我國氯堿行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，該工藝產(chǎn)品質(zhì)量高且耗能低；而螯合樹脂塔則是其中非常重要的工藝設(shè)備，螯合樹脂塔的控制效果直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全。筆者以CENTUM VP系統(tǒng)為核心，設(shè)計(jì)了一套螯合樹脂塔DCS，以控制螯合樹脂塔的二次鹽水質(zhì)量，保證離子膜制堿工段的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全。

1 工藝流程簡(jiǎn)介①

離子膜制堿工段包括鹽水、電解和脫氯3部分，其中鹽水質(zhì)量是設(shè)備安全和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。初級(jí)鹽水含有大量的懸浮物、有機(jī)物和金屬陽離子，這些雜質(zhì)對(duì)離子膜具有破壞作用，因此必須去除。螯合樹脂塔是二次鹽水精制中最重要的設(shè)備，離子膜制堿對(duì)二次鹽水的要求極高，因此必須保證對(duì)螯合樹脂塔的準(zhǔn)確控制，使之可靠平穩(wěn)運(yùn)行。

螯合樹脂塔的整體工藝流程如圖1所示[1]。本項(xiàng)目共有3個(gè)螯合樹脂塔T160A/B/C，采用三塔聯(lián)排方式。螯合樹脂塔的工作狀態(tài)有兩個(gè)：線上交換反應(yīng)和線下再生反應(yīng)。T160B、C塔串聯(lián)運(yùn)行，吸附鹽水高價(jià)陽離子；T160A塔線下進(jìn)行再生反應(yīng)，運(yùn)行24h后，T160B塔下線進(jìn)行再生反應(yīng)；T160A、C塔串聯(lián)運(yùn)行，經(jīng)過24h運(yùn)行后，T160C塔下線進(jìn)行再生反應(yīng)；T160A、B塔串聯(lián)運(yùn)行。如此循環(huán)，可使每個(gè)塔在交換反應(yīng)48h后進(jìn)行24h的再生反應(yīng)，保證了設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行[2]。

圖1 螯合樹脂塔工藝流程

經(jīng)過鹽水離子交換反應(yīng)后，螯合樹脂塔中的樹脂吸附了大量的多價(jià)陽離子，失去了交換能力，此時(shí)需要用鹽酸和燒堿進(jìn)行再生反應(yīng)，重新轉(zhuǎn)化成鈉型樹脂。經(jīng)過24h的再生反應(yīng)后，螯合樹脂塔恢復(fù)了交換能力并具備上線的功能。

2 系統(tǒng)硬件部分

筆者選用CENTUM VP系統(tǒng)作為螯合樹脂塔控制系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)性能可靠、功能先進(jìn)，具有更為直觀的人機(jī)界面，大容量現(xiàn)場(chǎng)控制站能夠快速準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)，CPU的冗余容錯(cuò)配置可以確保可用性高達(dá)99.999 99%的連續(xù)操作[3,4]。

螯合樹脂塔控制系統(tǒng)(圖2)包括一個(gè)DCS控制柜、一個(gè)安全柵繼電器柜、一個(gè)工程師站、一個(gè)操作員站和一臺(tái)打印機(jī)。

圖2 螯合樹脂塔控制系統(tǒng)配置

DCS控制柜的正面是DCS，包括CPU Node和交換機(jī)；背面放置空開、冗余電源及接線端子等。安全柵繼電器柜正面放置安全柵，背面安裝繼電器端子板[5,6]。

DCS控制單元連接示意圖如圖3所示，現(xiàn)場(chǎng)的變送器將采集到的模擬量信號(hào)通過安全柵接到DCS的模擬量卡件，現(xiàn)場(chǎng)閥門控制信號(hào)和狀態(tài)反饋信號(hào)則通過繼電器端子板連接到數(shù)字量卡件。

圖3 DCS控制單元連接示意圖

系統(tǒng)選用AFV30D-S41251型CPU Node，它是一個(gè)具有冗余電源和冗余CPU的控制單元，具有8個(gè)卡件槽位。模擬量卡件選擇具有8路AI和8路AO的AAI841-S，數(shù)字量輸入選擇具有32路DI的ADV151-P，數(shù)字量輸出選擇具有32路DO的ADV551-P。 CENTUM VP系統(tǒng)的CPU具有兩個(gè)通信口Bus1和Bus2，采用Vnet/IP通信協(xié)議，可以保證一路出現(xiàn)通信故障時(shí)，操作站還能夠正常讀取數(shù)據(jù)。通信口通過網(wǎng)線分別連接到兩臺(tái)交換機(jī)，然后再連接到工程師站和操作員站上的Vnet/IP通信卡[5,7]。

螯合樹脂塔控制系統(tǒng)共有7個(gè)AI、5個(gè)AO、28個(gè)DI和28個(gè)DO。根據(jù)I/O數(shù)量和模擬量通道的冗余配置，系統(tǒng)需要AAI841-S卡件兩個(gè)、ADV151-P卡件一個(gè)、ADV551-P卡件一個(gè)。實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)和卡件I/O點(diǎn)數(shù)見表1。

表1 I/O模塊配置

3 系統(tǒng)軟件部分

3.1硬件組態(tài)

硬件組態(tài)是DCS軟件編程的第一步，包括I/O卡件在CPU Node中的分布位置、I/O點(diǎn)的分配地址等。首先將所需卡件按設(shè)計(jì)位置組態(tài)到相應(yīng)的槽位上，然后將DCS中需要的所有I/O點(diǎn)按照數(shù)據(jù)類型分配到相應(yīng)的卡件通道中[8]。

3.2程序組態(tài)

硬件組態(tài)完成之后，進(jìn)行程序編寫和畫面組態(tài)。系統(tǒng)的模擬量主要用于模擬顯示和PID控制，需要用到的功能塊有輸入指示PVI模塊和PID控制模塊；將功能塊調(diào)出后按照I/O表命名和模塊參數(shù)修改，將硬件組態(tài)定義好的通道與功能塊對(duì)應(yīng)；這樣模擬量的顯示和調(diào)節(jié)閥的控制程序就編寫完成了。

系統(tǒng)對(duì)螯合樹脂塔的控制就是控制塔對(duì)應(yīng)閥門的開關(guān)，由于涉及的閥門較多、再生步驟繁瑣，為了編程方便，筆者采用順控表編寫控制程序。

3.2.1線上運(yùn)行

螯合樹脂塔T160A/B/C相鄰的兩個(gè)塔串聯(lián)通液，過濾一次鹽水。以T160A/B線上運(yùn)行為例，程序打開通液入閥門KV161A、通液串閥門KV165A和通液出閥門KV164B，其余相應(yīng)閥門關(guān)閉。

3.2.2線下再生

以T160A為例，螯合樹脂塔再生反應(yīng)的控制過程如下：

a. 水洗1。下線塔中的樹脂顆粒包含很多鹽水，需要先用純水洗凈；純水從塔頂閥門KV163A進(jìn)入，廢鹽水經(jīng)塔底閥門KV166A、KV160-1流到鹽水槽再重新利用。

b. 反洗。為進(jìn)一步清洗樹脂，純水經(jīng)閥門KV160-3、KV166A從塔底進(jìn)入，疏松樹脂顆粒，廢水從塔頂閥門KV167A流出樹脂塔。

c. HCl再生。鹽酸稀釋液從塔頂閥門KV163A送入樹脂塔中，用H+將樹脂顆粒中的二價(jià)金屬陽離子置換出來，廢酸液從塔底閥門KV166A、KV160-2排出。

d. 水洗2。用純水清洗塔中殘留的鹽酸，純水從塔頂閥門KV163A進(jìn)入，廢液經(jīng)塔底閥門KV166A、KV160-2流出。

e. NaOH再生。燒堿溶液從塔頂KV163A送入樹脂塔中，Na+將樹脂中的H+置換出來，變成鈉型樹脂，恢復(fù)該塔的交換能力，廢液經(jīng)塔底閥門KV166A、KV160-2流出。

f. 水洗3。樹脂塔中剩余的燒堿用純水清洗，純水從塔頂閥門KV163A進(jìn)入，廢液經(jīng)塔底閥門KV166A、KV160-2流出。

g. 鹽水置換。二次精制鹽水經(jīng)過閥門KV162、KV166A從塔底流入樹脂塔，將純水置換出塔，從閥門KV167A流出[9]。

樹脂再生的每一步都需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)打開或關(guān)閉相應(yīng)閥門，通過順控表ST16和定時(shí)器TM模塊編寫控制程序；一個(gè)順控表對(duì)應(yīng)一個(gè)步驟，相應(yīng)閥門的條件和動(dòng)作在順控表中都有判斷。每一步都設(shè)置了一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)前定時(shí)器溢出后，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行下一個(gè)步驟。

4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

螯合樹脂塔控制系統(tǒng)的軟硬件準(zhǔn)備完成后，PC機(jī)和控制器建立通信，將程序下載到控制器中。 模擬量調(diào)試時(shí)，先用手持信號(hào)發(fā)生器模擬現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接入安全柵輸入端，測(cè)試每一個(gè)模擬量輸入通道的軟硬件設(shè)計(jì)是否正確。

將閥門輸出模式切換為手動(dòng)模式，然后操作閥門，觀察對(duì)應(yīng)的切斷閥是否打開或關(guān)閉，其狀態(tài)反饋是否正確。經(jīng)過測(cè)試，閥門的控制準(zhǔn)確無誤，界面閥門狀態(tài)顯示與現(xiàn)場(chǎng)閥門狀態(tài)一致。

樹脂塔程序控制時(shí)，首先依次選擇A塔、B塔、C塔進(jìn)行線下再生，確定再生反應(yīng)的7個(gè)步驟所對(duì)應(yīng)閥門的開斷是否正確，相鄰兩個(gè)步驟是否能按定時(shí)或手動(dòng)按鈕順利切換；其次，確定對(duì)應(yīng)線上串液的兩個(gè)塔的閥門通斷是否和順控表一致。

通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，螯合樹脂塔控制系統(tǒng)對(duì)樹脂塔的控制及時(shí)準(zhǔn)確。

5 結(jié)束語

為了保證離子膜電解設(shè)備的安全運(yùn)行，避免造成離子膜的損耗，筆者利用CENTUM VP系統(tǒng)，根據(jù)旭化成二次鹽水控制流程，設(shè)計(jì)了一套螯合樹脂塔DCS。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)控制平穩(wěn)、操作方便、響應(yīng)迅速，既可以自動(dòng)控制螯合樹脂塔也可以切換成人工控制模式，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和安全性。該系統(tǒng)在制堿生產(chǎn)過程中，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，離子膜制堿的二次鹽水質(zhì)量達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定，為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了保障。

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2015-08-12

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